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            BIM技术在全过程工程咨询中的运用

            发布时间:2018-06-26
              摘要:广义工程咨询包括前期立项阶段咨询、勘察规划设计阶段咨询、施工阶段咨询、投产或交付使用后的评价等工作, 采用多种咨询方式组合, 为项目的全过程提供整体解决方案与服务。通过对国家以及各地政策的研读, 具体工程建设实证案例与调研分析, 结合国内工程咨询现状、BIM的应用理念和差距、BIM的发展前景, 提出了借鉴先进形成本土化标准、研发新品、改革工程管理模式、全过程咨询共享、创新性转型等5点推进建议。
              
              关键词:工程咨询; 全过程; BIM; 价值与应用;
              
              一、前言
              
              工程咨询 (Engineering Consulting) 是指接受客户委托, 遵循独立、公正、科学的原则, 在规定的时间内, 运用科学技术、经济管理、法律等多方面的知识, 为经济建设和工程项目的决策、实施和管理提供智力服务。狭义的工程咨询主要是编写投资项目可研报告、项目建议书、项目申请报告、规划及设计咨询、评估咨询等项目前期阶段咨询, 或者如节能咨询、造价咨询等单项事项的咨询。广义工程咨询包括前期立项阶段咨询、勘察规划设计阶段咨询、施工阶段咨询、投产或交付使用后的评价等工作, 即采用多种咨询方式组合, 为项目的全过程提供整体解决方案与服务。

              
              建筑信息模型 (Building Information Modeling) , 简称BIM技术, 是在计算机辅助设计 (CAD) 等技术基础上发展起来的多维建筑模型信息集成管理技术, 是传统的二维设计建造方式向三维数字化设计建造方式转变的革命性技术, BIM不再像CAD一样只是一款软件, 而是一种管理手段, 是实现建筑业精细化、信息化管理的重要工具。
              
              BIM技术目前在国内主要起步于工程设计阶段, 其推进速度、运用成果与预期效果相比, 还有较大差距, 在工程建设全过程咨询服务中的价值体现尚未显现。
              
              二、国内工程咨询的现状
              
              我国的工程咨询起步于80年代初期, 其作为独立行业的正式确立标志为1992年中国工程咨询协会的成立, 因此工程咨询是伴随着改革开放发展起来的。
              
              首先, 由于过去我国的投资决策主要以审批和核准为主要形式, 相当数量的工程咨询机构都把政府审批和核准报告编制作为唯一业务, 其他业务涉足很少, 表现出业务范围的单一;其次, 我国的咨询业市场不完善, 人才紧缺, 咨询成果质量亟待提高, 难以为企业提供系统、准确、及时的决策信息, 也就得不到投资方的尊重与重视, 导致许多项目事实上都是“先决策、后咨询”, 因此工程咨询常常沦为“满足”决策结论的流程而已;再者, 目前的项目咨询还缺乏准确的市场定位, 咨询企业小而散, 业务模式单一, 仅能提供特定阶段的咨询服务, 形不成规模, 多数咨询公司还不具备工程全过程咨询服务的能力。
              
              近年来, 咨询行业取得了较快的发展和壮大。资料显示, 截至2016年底, 取得资格认定的工程咨询单位约8000家, 执业登记的咨询工程师 (投资) 约6.5万人, 全行业从业人员超过200万人, 市场规模高达8000亿元。
              
              随着我国经济由速度型向质量型的转型, 从主要以投资拉动向内涵发展的转变, 使科学决策成为转型发展的必然要求, 也对咨询行业提出了更高要求。2017年11月6日, 国家发改委第9号令《工程咨询行业管理办法》发布, 将工程咨询业务从原来的31个调整缩减到21个, 同时取消了工程咨询单位资格认定, 调整为行业组织对工程咨询单位开展自律性质的资信评价 (Credit evaluation) , 以资信评价代替资质管理, 个人信用等级和企业资信将成为开展业务的“通行证”.因此, 未来工程咨询将从形式咨询向实质咨询转变, 从单项咨询向全过程咨询转变, 从传统咨询手段向现代咨询手段发展。
              
              三、全过程工程咨询的产生
              
              现阶段建设工程具有规模化、群体化、关联化和复杂化等特征, 市场逐步发展出了类似“代建整合+专业服务”的管理模式。单项咨询自身具有的条块性、割裂性、非系统性、各管一段等局限, 制约了其为项目整体效益最大化提供系统服务, 全过程工程咨询服务应运而生。全过程工程咨询涉及建设工程全生命周期内的策划咨询、前期可研、施工过程管理、竣工验收及运营保修等各个阶段的管理服务。推行全过程工程咨询服务, 可有效节省投资、加快工期、提高品质、减小风险, 是提高工程建设管理水平, 提升行业集中度, 规范建筑市场秩序, 加快与国际建设管理服务方式接轨的重要措施。[1]
              
              住房和城乡建设部在2017年5月2日出台《关于开展全过程工程咨询试点工作的通知》, 要求“加快推行工程总承包”、“培育全过程工程咨询”.在北京、上海等8省 (市) 以及中国建筑设计院有限公司等40家企业开展全过程工程咨询试点, 并逐步全面推广至全国范围, 同时完善工程建设组织模式, 推行工程总承包、设计施工采购一体化EPC、交钥匙工程。
              
              四、BIM技术在全过程工程咨询中的运用
              
              工程建设全过程管理需要完备的管理手段, 而要落实复杂的管理手段, 需借助先进的工具和技术。BIM利用数字建模软件, 把真实的建筑信息参数化、数字化, 在建立数字化模型平台的基础上, 提高建筑工程的集成化程度, 让建设工程参与的各方都能够共享信息, 真正将BIM的应用效应在建筑的全生命周期内发挥到最大。[2]
              
              (一) BIM的功能优势
              
              BIM以信息数据为模型基础, 具有可视化、协调性、模拟 (虚拟) 性、优化性和可出图性, 以及数据结构可共享 (Shared) 和可管理性等众多优势, 尤其是对于造型奇特的异形建筑以及结构和装配工艺复杂的建筑, 将极大提升工程决策、规划、设计、施工和运营的管理水平, 减少返工浪费, 有效缩短工期, 提高工程质量和投资效益。
              
              (二) BIM在设计阶段的应用
              
              BIM的正向设计, 应是直接在三维环境下进行设计, 利用三维模型和其中的信息, 自动生成所需要图档的过程。在美国、英国等发达国家, 建筑行业已率先进入BIM时代, 但目前我们国内BIM往往注重于BIM的外在表现形式, BIM设计的主流是先完成施工图, 然后根据施工图再建立三维模型, 称之为“翻模”, 相当于逆向设计。[3]由于BIM软件的关键基础是Revit的族库, 软件本身是国外按照自身国情的设计流程开发, 和我国设计国情 (设计市场) 及流程有差别, 加之软硬件自身的效率和性能、软件数据的规范化、软件操作复杂、Revit对族库的管理较为严格等因素制约, 因此看不到BIM的优势, 而许多项目又因为时间、成本或专业技术问题, 暂时不具备使用BIM的条件。
              
              2016年8月, 《2016~2020年建筑业信息化发展纲要》出台, 国家住房和城乡建设部要求, 在“十三五”期间, 全面提高建筑业信息化水平, 增强BIM等信息技术集成应用能力。住建部发布的《建筑信息模型应用统一标准》GB/T51212-2016, 已于2017年7月1日正式实施。这显示发展BIM技术已经上升为国家政策, 意味着国家倡导的BIM技术进入新的发展阶段。
              
              针对目前国外软件本地化功能不成熟, 国内软件底层设计的缺陷, 需要整合和过渡传统模式与BIM间的转换, 在运用和探索中逐步完善BIM在设计中的应用。例如全亚洲地区最大的生活垃圾发电厂项目“老港再生能源利用中心”, 应用BIM技术使其在设计过程中节约了9个月时间, 并且通过对模型的深化设计, 实现了节能减排、绿色环保的成效。此外国内最高建筑“上海中心”为特大型建筑, 仅设计咨询单位就多达30余家, 整个设计完全是基于BIM平台设计, 仅可持续性设计采用的CFD能源分析使造型与性能达到最优化, 同时荷载减少约24%, 节约造价3.5亿元。[4]
              
              (三) BIM在施工阶段的应用
              
              在工程全生命周期中, 施工阶段运用BIM技术, 带来的价值最为显着。首先, BIM技术可以提高施工企业在对外投标中的项目中标率, 并且可以经过数据化的分析, 指导企业合理运用“不平衡报价”等投标技巧, 从而获取更多的收益, 因为BIM在工程量复核、成本优化等方面具有快速且准确的优势。同时基于推行BIM技术的实践需求, 如湖南等一些省市还出台了对BIM运用于工程投标的鼓励政策, 明确为加分条件或同等条件下优先选用。
              
              在施工准备阶段, BIM能有效进行“检查碰撞”校验, 做到事前预防和发现, 大幅减少施工变更, 使各种疑难的现场技术交底可视化, 变得容易理解和接受;优化的进度、工期、人力、材料资源的网络分析, 优化的施工方案, 也能使各类资源得到科学化的安排;促进施工现场布置和管理, 使空间利用更高效, 施工机械设备利用更优化, 减少不必要的浪费, 提升现场安全文明施工作业管理水平, 减少安全隐患, 并可基于模型自动完成施工的总分包管理配置, 全面提高工作面管理能力。
              
              施工过程中, 通过虚拟装配、复杂构件的数字化加工、3D模拟施工等方式解决项目技术难题, 减少建筑的质量和安全问题, 减少返工和整改;利用多算对比、有效管控、数据调用、决策支持、快速算量, 精度提升, 实现建造过程中成本的优化管控;运用有效协同管理功能, 提升项目综合管控能力。[5]例如装配式施工中预制构件的信息化管理, 赋予预制构件特殊的“身份证”, 构件从加工、出厂、运输、现场堆放、吊运、安装等整个施工状态通过芯片及云平台手段实现信息共享。管理人员只需打开手机APP, 或在电脑上打开BIM管理系统, 可以查看任何一个部位的施工参数及当前施工进度情况, 让施工管理变得便捷、精准、经济。[6]又如BIM与智能型全站仪集成放样, 精度可控制在3毫米以内, 而传统放样方法在一般建筑施工要求的精度在1~2厘米之间, 在精准的同时, 时间效率可以达到传统方法的6~7倍;其次, 通过三维仿真技术的计算、演示与监测, 在基础工程浇筑质量控制、工艺管线校检、模板及支撑配置、钢筋配料、复杂局部施工模拟、装饰样板间生成、造价成本计量等各施工作业环节, 寻求最优的施工方案支持;另外在最终的成品质量检测环节, 施工企业的自检及监理公司的复检, 均可以运用BIM+3D扫描技术, 将施工现场的3D激光扫描结果与BIM模型进行对比, 可检查现场施工情况与模型、图纸的差别, 协助发现现场施工中的问题, 这种交互式场景漫游模式, 比传统方式下工作人员拿着图纸、皮尺、检测仪器等在现场检查, 既省时省力, 又准确客观。[7]
              
              根据资料显示, 最近几年BIM技术在超高层建筑、轨道交通、市政设施建设、场馆精装修、港口码头、大型会展中心、城市综合体、影剧院、体育场、工业建筑、地下工程等各类工程施工中广泛运用, 取得了良好的综合管理效益。例如:总建筑高度528米的北京第一高楼“中国尊”, 为世界上8度抗震区的最高建筑, 是国内第一个利用BIM模型、三维扫描等技术辅助项目管理, 从设计、施工到运维阶段全生命周期的项目。于2017年8月21日结构封顶, 总投资240亿, 运用BIM技术, 项目创造了8项世界之最、15项国内纪录。此外施工阶段运用BIM的成功案例中国第一高楼“上海中心”, 应用3D扫描、3D协调、4D模拟施工、机电安装模拟、可视化方案分析等工具, 提前发现并解决纠错的碰撞点数超过10万个, 保守估计可节约费用超过1亿元。特别是在复杂构件如玻璃幕墙安装中, 通过对幕墙A1系统逐步到A5系统的4层级优化, 创造了2万多块玻璃幕墙板块到达“上海中心”工地现场安装后“零返工”的惊人记录。该项目获得国家级三星级绿色建筑设计评价标识、美国绿色建筑LEED-CS铂金级认证, 并成功入选2016年MIPIM大奖项目。

              
              
              (四) BIM在运维管理阶段的应用
              
              在项目的运维阶段, BIM技术需求非常大, 尤其是对于商业地产。随着物联网 (The Internet of things) 技术的高速发展, 物联网已经被视作继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次革新。将物联网技术和BIM技术相融合, 并引入到建筑全生命周期的运维管理阶段, 发挥其绿色智慧的大数据运营管理共享平台功能, 会带来巨大的经济效益, 这样的观念已经逐步被公众所认同。美国国家标准与技术协会 (NIST) 2004年进行的一次研究统计表明, 业主和运营商在持续设施运营和维护方面耗费的成本几乎占总成本的2/3, 充分显示了建设项目运维期信息协调共管的重要性。
              
              特大型建筑综合体“上海中心”, 楼高632米, 总建筑面积57.41万平米, 已于2016年3月竣工。通过引入全周期的BIM应用, 在运维管理阶段将BIM信息模型与综合集成管理系统 (IBMS) 、设施设备管理系统、物业管理系统相整合, 通过信息对比、分析、统计、数据挖掘等技术, 为物业运营管理提供决策支持, 实现对设施设备的4D实时动态监控管理。形成集结构、系统、服务、管理于一体的、新型的超高层运维管理服务模式。通过大数据分析, 提供楼宇运行自适应解决方案等, 最终形成高效、绿色、节能、智慧、人文的超高层建筑管理模式。[9]在BIM系统中, 上海中心的生命周期预计将达100年以上, 整个周期的运维系统都得到BIM的分析和论证。
              
              (五) BIM在其他阶段的应用
              
              同样, 在全过程咨询的其他阶段, 如项目可研、前期咨询、施工监理、节能咨询、投产或交付使用后的评价等阶段, 随着信息技术的发展, 从ERP信息到基于BIM的工程管理, 数字化建造技术正以前所未有之势对整个建筑行业产生巨大的影响。各阶段的咨询技术也逐步出台了国家应用标准或政策规范, 从数字化的信息管理到实现VR的应用, 创新信息平台的开发让BIM成为新技术应用的强大推动力。
              
              五、BIM技术运用的未来
              
              英国是目前全球BIM应用增长最快的地区之一, 英国政府对营建产业的目标, 预计于2025年前达成:降低33%的营建初期成本与生命周期间的维护成本;兴建与更新工程中减少50%的工期;降低50%的温室气体排放量。[10]美国国家BIM标准 (第一版) 以BIM为核心的信息化技术设定的目标是:到2020年为美国建筑业每年节约2000亿美元。
              
              2016年12月, 英国标准协会 (BSI) 推出了BIM风筝标志认证 (Kitemark) , 开始为全球建筑企业在设计和施工阶段交付项目的BIM能力提供标准认证服务。风筝标志是目前全球认可的认证标志之一, 代表该产品或服务均已达到行业的最高标准要求。通过了BSI的BIM风筝标志认证, 则意味着该企业在项目交付方面的BIM实践能力。[11]
              
              全球最大教育出版集团麦克劳希尔和清华大学共同完成的《2014中国BIM报告》显示, 中国BIM应用发展速度已经位列全球第四。2015年国务院城市工作会议明确提出在未来建筑业的发展中, 建筑绿色化、建筑信息化、建筑工业化进程成为现代建筑业发展的三大趋势, 建筑工业化即要大力推广装配式建筑 (Fabricated building) .BIM技术的应用和发展, 是建筑工业化一条重要的举措, 将助力建筑业更快走向质量效益型道路。住建部在《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》中指出, 到2020年末, 新立项以国有资金投资为主的大中型建筑, 以及申报绿色建筑的公共建筑和绿色生态示范小区, 项目勘察设计、施工、运营维护中, 集成应用BIM的项目比率达到90%以上。
              
              引用麦肯锡于2017年2月发布的一份报告, 全球建筑业在过去的20年里, 劳动生产率平均年增长仅为1%, 远低于制造业的3.6%, 建筑业的生产力低下缘于粗放式的发展。[12]另有统计资料显示:中国作为当今全球第一建筑大国, 每年新增建筑面积超过20亿平方米, 新建房屋占全球一半以上, 但建筑资源再利用率还不到5%, 而日本、韩国等国家资源化率已经达到90%.“行见BIM”发表咨询报告预测:中国2020年BIM产业 (仅含软件、咨询、培训、运维) 的市场规模在2250-2600亿元左右, 因此BIM的应用前景广阔。
              
              六、建议
              
              未来建筑业绿色化、信息化、工业化进程中, BIM技术在全过程建设及咨询管理过程中将全方位地发挥作用。认清目前仍处于初级应用阶段, 应该着力做好以下的推进工作:
              
              (一) 借鉴国外成熟的模式流程和标准规范, 形成本土化的标准。从基础做起, 发挥BIM在三维设计、可视设计、协同设计、纠错检测、节能设计等方面综合优势, 在运用和探索中逐步完善BIM在设计中的应用。
              
              (二) 研发新品, 推广集成应用。以BIM为基础, 开发BIM+PM、BIM+3D、BIM+虚拟现实、BIM+IBMS、BIM+物联网技术等, 组成一个以IFC格式为网络的数据集成与应用平台。
              
              (三) 改革工程管理模式。推广“工程总承包模式”、“全过程咨询模式”, 提升行业集中度, 完善工程建设组织模式。
              
              (四) 全过程咨询共享。BIM技术用可视的数字模型把项目可研、设计、建造和运营全过程串联起来, 充分利用BIM的可共享性及可管理性等特性, 为项目全过程咨询管理的各项业务提供完整管理闭环, 提升项目综合管理能力和管理效率。
              
              (五) 创新性转型。不仅仅将BIM视作单纯的软件或模型, 而应以协同互联的信息化管理, 为项目带来强大的数据支撑和技术支撑, 突破以往传统管理技术手段的瓶颈, 从而带来项目管理革命。
              
              国家提出“一带一路”发展战略, 实施以信息化带动工业化战略, 是改造和提升传统建筑行业的一个突破口, BIM作为核心的技术平台, 是实现建筑全生命周期的建设管理、项目全过程咨询的精细化管理、企业集约化经营的最有效途径。BIM技术在全过程中的互联互通、协同管理可以将这一新技术的优势发挥到极致, 促进建筑工业迈向4.0时代, 带动建筑业由要素驱动、投资驱动向创新驱动转型。发挥BIM技术在工程建设全过程咨询中的经济效益、社会效益和长期效益, 助力中国从“建造大国”走向“建造强国”的升级转型。
              
              参考文献:
              
              [1]百家号。全过程工程咨询服务与大数据BIM技术[EB/OL].工程造价大数据网, 2017-05-10.  
              [2]Hcmhcm263.BIM技术在工程咨询方面的应用[EB/OL].百度文库, 2015-10-26.  
              [3]Ea BIM门户编辑。BIM就应该是正向设计[EB/OL].Ea BIM, 2017-05-26.  
              [4]阿平。盘点中国第一高楼三大BIM应有[EB/OL].个人图书馆, 2017-04-28.  
              [5]Ea BIM门户编辑。浅谈BIM给施工企业带来的价值[EB/OL].互联立方BIM咨询, 2017-09-19.  
              [6]Ea BIM门户编辑。当BIM遇上PC, 这个项目用“智慧”做建筑[EB/OL].预制建筑网, 2017-08-24.  
              [7]Ea BIM门户编辑。“BIM+”9大技术集成应用[EB/OL].行见BIM, 2017-08-24.  
              [8]Ea BIM门户编辑。国内应用BIM技术重点工程项目概览[EB/OL].建筑技术杂志社, 2015-01-28.  
              [9]ZHULONGB.上海中心全生命周期BIM应用引领绿色建造典范工程[EB/OL].筑龙网, 2016-04-18.  
              [10]筑龙新闻。解读英国BIM技术发展优势[EB/OL].中国水泥网, 2017-04-13.  
              [11]铁路BIM联盟。BIM风筝标志认证[EB/OL].名博馆, 2017-01-21.  
              [12]Anil Sawhney.Building Information Modelling for Project Managers[R].Royal Institution of Chartered Surveyors, 2017, 05:4-9.
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